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用双剪法对济南辉长岩和点苍山大理岩进行了摩擦滑动实验.实验中的应力变化方式有两种.A 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定值,然后保持正应力不变,并增加剪应力使断层发生粘滑;B 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定的值,保持正应力不变,并增加剪应力到断层发生粘滑前的某一应力状态,再保持剪应力不变,减小正应力直到粘滑发生.实验表明,B 型实验中岩石的摩擦强度高于 A 型实验.A 型实验中粘滑发生前有声发射率增加的前兆,B 型实验中粘滑发生前看不到声发射率的明显增加.由实验得到一个启示,即闭锁断层的开锁可能采取两种形式:一种是冲开闭锁,即以剪应力的增加使断层发生错动;另一种是解开闭锁,即以正应力的减小使断层发生错动.断层的粘滑采取哪种形式,由断层带的应力变化途径决定. 相似文献
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考虑断层的软化特性,建立垂直于龙门山断裂带并包含四川盆地和川西高原在内的汶川地震不稳定性地震力学模型.采用有限元方法计算得到了描述整个岩石力学系统稳定性状态和过程的平衡路径曲线.在此基础上,采用稳定性理论研究了汶川地震从孕育到发生的过程,讨论了断层倾角和断层材料参数对地震失稳的影响.数值模拟结果显示,系统只存在稳定的断层无震滑动和不稳定的地震失稳2种状态.断层倾角、初始内摩擦系数、初始黏聚力和强度曲线形状参数的增加会导致系统趋向不稳定的地震失稳状态.而强度曲线胖度参数的增加有助于系统进入稳定的断层缓慢无震滑动状态.地震失稳前,在平衡路径曲线的应力峰值点和失稳点之间,断层错动加速,应变能开始释放并且应力开始减小,是失稳的前兆.最后在失稳点发生应力突跳,地震发生,其间伴随应变能的急剧释放、应力降和断层突然错动.无论是稳定的断层无震滑动还是不稳定的地震失稳,系统重新进入应力和应变能增加状态后应力和应变能的增速由远场加载速度、岩石力学系统的结构和围岩材料属性决定,与断层软化特性参数无关. 相似文献
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本文描述了一个解时空反演问题的方法.通过把华北地区看成是由24条主要断裂带组成的地质构造骨架,在15公里深处按照平面应变的理想塑性体处理,用有限单元方法计算了本地区在均匀边界外力作用下发生地震危险的地带.然后用逐次降低断层内摩擦系数的办法,模拟近十二年来历次大地震,计算释放应力后应力场的变化、断层的错动.将计算结果和实测资料进行对比,对各个力学参数和构造骨架进行了多次修改,使它们尽量接近.结果说明本方法能够基本上重复近十二年来的地震迁移规律,并可望对未来的地震危险区提出参考意见.结果还说明地震以后在沿断层错动方向的左前方有一狭窄扇形地带安全度增加,而其余较大地区由于断层处的应力释放使剪破裂的危险度有些增加. 相似文献
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通过基于“瞬间闭锁”假定的多滑块-弹簧模型对摩擦滑动进行模拟,讨论了强度分布不均匀性及系统刚度构成对整个系统稳定性的影响.通过图示平均剪应力和平均位移的关系,对断层模型随错动的演化作了清晰的描述.结果表明:(1)均匀的滑动面及外部系统刚度较小的情况(这相当于高压条件下形成的光滑剪切破裂面的情况)易于发生粘-滑振荡.(2)随着错动次数的不断增加,错动的空间分布向不均匀方向发展,从而使平均应力降减小,系统整体趋向稳定,即断层活动历史越长越趋向稳定.(3)由于导入了具有负刚度效果的力和位移组合控制,通常加载方式条件下只能产生不稳定的过程可以转变为一个平均效果上的准静态弱化过程,类似于滑动弱化过程. 相似文献
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断层错动对隧道的影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
隧道通过潜在地震地区时.存在活动断层的错动形成的重大工程地质问题的威胁.基于断裂儿何学和震源的运动学特征,以广州地区活动断裂为研究背景,通过在断层左右盘施加一定的速度荷载,模拟了断层错动达到0.28 m时对隧道的影响.得出隧道结构在断层错动影响下的位移和应力的变化规律.分别建立隧道结构距离断层50 m、100 m、150 m三个模型,比较了三种情况下的位移和应力状况.归纳出隧道与断层之间的安全距离. 相似文献
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《地球物理学进展》2020,(4)
断层附近应力分布研究对于断层错动诱发的天然地震、矿震等地质灾害的机理分析及预防具有重要意义.断层具有软弱、破碎的特点,会阻碍采动应力的传播,这将增加断层滑移和煤体冲击的危险.为了探究断层阻隔效应,以兖矿集团济三煤矿6303工作面地质条件为背景建立FLAC~(3D)数值模型并计算.模型中包括13个岩层和1个45°倾角的正断层.采用界面单元模拟断层接触面和岩层接触面.获得了工作面推进过程中,垂直、水平和剪切应力的时空分布规律.通过考察断层附近煤层的应力差和断层下盘应力高值区的尺寸及应力增量,评价断层阻隔效应强弱.当工作面煤壁距断层水平距离为40～50 m时,工作面煤壁附近垂直、水平和剪切应力的高值区临近断层且受断层阻隔效应影响.随着工作面向前推进,上述高值区逐渐向断层上盘扩展.当工作面煤壁距断层水平距离相同时,断层对煤层垂直、水平及剪切应力的阻隔效应通常依次减弱;当其由50 m减至20 m时,断层阻隔效应增强.煤层垂直和水平应力最大值或工作面煤壁距断层水平距离为20 m和30 m时靠近工作面煤壁的峰值通常分别位于工作面煤壁前方10.5 m和11.5～13.5 m;剪切应力最大值位于工作面煤壁前方11.5～14.5 m. 相似文献
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为了探讨浅源构造地震孕育和发生的力学过程,本文提出了一种力学模式,其中把发震断层的震前状态划分为几个阶段,即相对稳定的闭锁区内应力积累——滑动区逐渐扩展、闭锁区收缩并造成闭锁应力高度集中——剩余闭锁区缩小至一定程度而导致断层剧烈错动的几个阶段.计算并分析了震源力学状态这种变化在其周围产生的附加应力场,以及反映这一过程的地应力变化特征.其结论与多年来地应力观测实践中取得的某些经验性认识相符,并较好地解释了1975年海城地震前的若干实测资料. 相似文献
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断层黏滑是一种摩擦失稳,能够诱发地震、矿震等诸多地质灾害.目前,断层黏滑(包括断层亚失稳)研究,主要集中在实验方面和基于连续方法或非连续方法的数值模拟方面.为了弥补连续方法和非连续方法各自的不足,一些兼具二者优势的连续-非连续方法应运而生.为了检验引入速率-状态依赖摩擦定律的自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的正确性并探究断层倾角对断层黏滑的影响,首先,模拟了滑块-底板模型的滑动-保持-滑动实验;然后,模拟了双轴压缩岩样的断层倾角的影响,重点考察了断层黏滑过程中亚失稳阶段摩擦系数的演化规律.研究发现,随着断层倾角的增大,岩样上表面平均差应力的绝对值-时步数目曲线的锯齿形由规则向不规则变化;初次黏滑发生时的时步数目、平均应力降、平均黏滑周期和平均峰值应力均减小.当断层处于黏滑前阶段时,断层面各处的摩擦系数和剪应力相差较小.当断层进入亚失稳阶段后,断层面上摩擦系数的平均值下降速度加快,这可作为断层进入亚失稳阶段的特征之一.引入速率-状态依赖摩擦定律后的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的断层黏滑结果能与现有结果（例如,断层黏滑实验结果）基本吻合,但更加丰富,这在一定程度上... 相似文献
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通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的分析得到以下结论:① 在断层错动过程中,下盘一侧受断层错动影响的上覆土体的应力状态经压剪→纯剪→拉剪逐渐变化,而上盘一侧上覆土体的应力状态变化较为复杂,经压剪→纯剪→拉剪→纯剪→压剪重复变化;② 在断层均匀错动过程中,断层下盘一侧土体的破裂率先出现在地表拉剪区内,随错动量的增大,破裂带向两侧、向深部扩展;同时,下盘一侧土体的底部产生破坏,并斜向上扩展,逐渐与顶部破裂相连;③ 在断层倾斜错动过程中,地表破裂出现的位置和上覆土体的厚度有关。对于厚度较大的土体,正断层倾斜错动能够在地表形成与断层走向有一定夹角、且与断层长度相比长度很短的地表破裂或地裂缝,而数值模拟可对正断层错动导致的地表破裂的模式加以补充,为研究地裂缝的形成机理和分布形式提供依据。 相似文献
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1303年洪洞8级地震震源过程研究 总被引：2，自引：3，他引：2
运用霍山断裂滑动速率和１３０３年洪洞８级地震错距的资料，将霍山断裂面取作位错面，使用粘弹介质中位错模型的有限单元公式￣［１］，计算震前断层蠕滑动和震时断层错动对应的临汾盆地应力和应变能密度年速率分布，由此得出：（１）１３０３年洪洞地震前，在临汾盆地以霍山断裂中段和南段应力和应变能密度年速率正值最高，为积累过程，而震时（含震后），年速率负值最高，为释放过程；（２）１３０３年洪洞地震加速了１６９５年临汾地震应力和应变能积累；（３）用有限单元分析方法中的劈节点技术离散位错面，可以符合位错概念 相似文献
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用新LDDA(Lagrangian DiscontinuousDeformation Analysis)方法模拟了唐山地震断层的破裂、错动和应力释放的整个动力过程．模拟结果表明,唐山地震的震源滑动过程在发震断层上各处不一样．近场位移受断层的曲率影响,断层凹侧的位移大于断层凸侧的位移．滑动过冲现象在震中处最大,并向断层两端衰减．我们发现,唐山地震断层的破裂速度和应力降与断层上的初始剪应力大小有关．唐山发震断层的最大动态、准静态位错量和剪应力降均发生在中间部位,分别是7.1 m、6.2 m和8.1 MPa、5.4 MPa,发震断层的平均准静态位错量和剪应力降分别为4.5 m和3.3 MPa,断层破裂的传播速度从震中向东南和西北方向分别为3.08 km/s和1.18 km/s． 相似文献
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断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型(pulse-like)破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型(crack-like)破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂. 相似文献
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断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂. 相似文献
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本文根据澜沧-耿马地震序列余震分布图像的变化，以及用复合型法反演主震破裂过程的研究结果，提出了澜沧-耿马地区北北西走向顺向雁行型双断层力学模型．用断裂力学有限元方法进行数字模拟研究表明：模型中的两个内端点区之间是主压应力的相对低值区，而剪应力分布在两个内端点区为高值区且以较大梯度向中心衰减，两次７级地震后接连发生的４次近东西走向的６级余震主要发生在这一带．由于压应力的减弱、剪应力的增加，使近东西走向的断层上摩擦力减小，有利于发生剪切错动，引发近东西走向分布的强余震；当区域主压应力方向取北北东向时，断层的理论滑动矢量图显示出右旋走滑性质，与震源机制及地表考查结果一致．当区域主压应力方位取值在ＮＥ２５°附近且北部７．２级震区的弹性模量相对南部７．６级震区足够大时，北部断层１的相对滑动矢量可比南部断层２大，从而导致７．２级地震的震中烈度大于７．６级地震的烈度异常分布． 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(5)
以向错理论为基础,利用经典点源位错理论的解析式,推导得出了断层三维滑动和转动引起的空间重力变化.计算并分析了简单断层三维转动引起的空间重力变化特征,并基于子断层叠加法,采用数值方法模拟计算了智利大震同震断层转动引起的空间重力变化,将计算结果与断层滑动模拟的结果进行了对比.结果表明:断层单分量转动ω_1产生的空间重力变化分布区域具有明显的不对称性,单分量转动ω_2、ω_3时均呈现沿断层倾向方向为轴的对称分布特征;当断层同时以ω_1ω_2转动时,ω_1的转动效应将打破整个重力变化分布区域的的空间对称性.当断层同时以ω_2ω_3转动时,ω_2的转动效应对转动结果起主导作用;断层转动和断层滑动在计算大震同震引起的空间重力变化时,计算结果具有相同的量级.相较于断层滑动,断层转动引起的重力变化在空间上呈显著的不均匀分布,重力变化分布区域相对更大. 相似文献
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在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β(围岩切线刚度与断层刚度最大值之比)是决定地震失稳的重要参数,只有当β1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳. 相似文献